1920-luvun lopusta lähtien tähtitieteilijät ovat olleet tietoisia siitä, että maailmankaikkeus on laajentumisen tilassa. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian alunperin ennustamana tämä toteutus on antanut tiedon laajimmin hyväksytylle kosmologiselle mallille - Big Bang Theory -teorialle. Asiat muuttuivat kuitenkin jonkin verran hämmentäviksi 1990-luvulla, kun parannetut havainnot osoittivat, että maailmankaikkeuden laajentumisnopeus on kiihtynyt miljardeja vuosia.
Tämä johti pimeän energian teoriaan, salaperäiseen näkymättömään voimaan, joka johtaa kosmoksen laajenemista. Aivan kuten Dark Matter, joka selitti ”puuttuvan massan”, tuli sitten tarpeeksi löytää tämä vaikea energia tai ainakin tarjota sille johdonmukainen teoreettinen kehys. Uusi tutkimus British Columbian yliopistosta (UBC) pyrkii tekemään juuri sen, että postuloimalla maailmankaikkeus laajenee tilan ja ajan vaihtelun vuoksi.
Tutkimus - joka julkaistiin äskettäin lehdessä Fyysinen arviointi D - johti PhD-opiskelija Qingdi Wang, joka työskenteli UBC: n fysiikan ja tähtitieteen laitoksella. UBC: n professori William Unruh (mies, joka ehdotti Unruh-ilmiötä) valvonnassa ja Zhen Zhun (toinen UBC: n jatko-opiskelija) avustuksella tarjoavat uuden pimeän energian.
Ryhmä aloitti käsittelemällä epäjohdonmukaisuuksia, jotka johtuvat kahdesta pääteoriasta, jotka yhdessä selittävät kaikki maailmankaikkeuden luonnonilmiöt. Nämä teoriat eivät ole muuta kuin yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka, jotka selittävät tehokkaasti kuinka maailmankaikkeus käyttäytyy suurimmissa mittakaavoissa (ts. Tähdet, galaksit, klusterit) ja pienimmissä (subatomiset hiukkaset).
Valitettavasti nämä kaksi teoriaa eivät ole johdonmukaisia, kun kyseessä on pieni painovoima, jota tiedemiehet eivät vieläkään pysty selittämään kvantimekaniikan suhteen. Pimeän energian olemassaolo ja maailmankaikkeuden laajeneminen ovat toinen erimielisyyskohta. Ensinnäkin ehdokkaiden teoriat, kuten tyhjiöenergia - joka on yksi Dark Energyn suosituimmista selityksistä - aiheuttavat vakavia epäjohdonmukaisuuksia.
Kvanttimekaniikan mukaan tyhjiöenergialla olisi siihen uskomattoman suuri energiatiheys. Mutta jos tämä on totta, yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että tällä energialla olisi uskomattoman voimakas painovoimavaikutus, joka olisi tarpeeksi voimakas aiheuttamaan maailmankaikkeuden räjähtää kooltaan. Kuten professori Unruh kertoi Space Magazine -lehden kanssa sähköpostitse:
”Ongelmana on, että tyhjiöenergian naiivi laskenta antaa valtavia arvoja. Jos oletetaan, että on olemassa jonkinlainen katkaisu, niin energiatehokkuutta ei voi saada paljon suuremmaksi kuin Planckin energiatiheys (tai noin 1095 Jouleina / metri³) sitten havaitaan, että saadaan Hubble-vakio - aika-asteikko, jolla maailmankaikkeuden koko kaksinkertaistuu -, luokkaa 10-44 sek. Joten, tavanomainen lähestymistapa on sanoa, että jotain jonkin verran vähentää sitä alaspäin niin, että saadaan sen sijaan todellinen laajentumisaste noin 10 miljardia vuotta. Mutta se "jotenkin" on aika salaperäinen, eikä kukaan ole keksinyt puoliksi vakuuttavaa mekanismia. "
Kun muut tutkijat ovat pyrkineet muuttamaan yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan teorioita näiden epäjohdonmukaisuuksien ratkaisemiseksi, Wang ja hänen kollegansa pyrkivät erilaiseen lähestymistapaan. Kuten Wang selitti Space Magazine: lle sähköpostitse:
”Aikaisemmat tutkimukset joko yrittävät muuttaa kvantimekaniikkaa jollakin tavalla tyhjöenergian pieneksi tekemiseksi tai yrittävät muuttaa jollain tavoin yleistä suhteellisuutta, jotta painovoima jäisi tyhjiöenergiaan. Kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuus ovat kuitenkin kaksi menestyneintä teoriaa, jotka selittävät universumimme toimintaa ... Uskomme sen sijaan, että yrittäisimme muokata kvantti mekaniikkaa tai yleistä suhteellisuutta, meidän on ensin ymmärrettävä ne paremmin. Suhtaudumme kvantimekaniikan ennustamaan suureen tyhjiön energiatiheyteen vakavasti ja annamme niiden vain siirtyä yleisen suhteellisuuden mukaan muuttamatta kumpaakaan niistä. "
Tutkimuksensa vuoksi Wang ja hänen kollegansa tekivät tyhjiöenergialle uudet laskelmat, joissa otettiin huomioon sen ennustettu korkea energiatiheys. Sitten he harkitsivat mahdollisuutta, että pienimmissä mittakaavoissa - miljardeja kertoja pienempiä kuin elektroneja - avaruusajan kangas altistuu villille heilahteluille, värähtelevässä missä tahansa pisteessä paisumisen ja supistumisen välillä.
Näiden värähtelyjen tuloksena eteenpäin ja eteenpäin on nettovaikutus, jossa Universumi laajenee hitaasti, mutta kiihtyvällä nopeudella. Suoritettuaan laskelmansa he totesivat, että tällainen selitys oli yhdenmukainen sekä kvantti tyhjiön energiatiheyden että yleisen suhteellisuuden suhteen. Tämän lisäksi se on myös johdonmukainen sen kanssa, mitä tutkijat ovat havainneet universumissamme lähes vuosisadan ajan. Kuten Unruh kuvaili sitä:
”Laskelmamme osoittivat, että voitaisiin johdonmukaisesti ottaa huomioon, että [pienimmän asteikon] maailmankaikkeus tosiasiallisesti laajenee ja supistuu kohtuuttoman nopeasti; mutta että suuressa mittakaavassa, koska keskiarvo lasketaan pienille asteikoille, fysiikka ei huomaa sitä "kvanttivaahtoa". Sillä on pieni jäännösvaikutus, joka antaa tehokkaan kosmologisen vakion (tummaenergiatyyppinen vaikutus). Joillakin tavoin se on kuin valtameren aallot, jotka kulkevat ikään kuin valtameri olisi täysin sileä, mutta todella tiedämme, että on olemassa tämä uskomaton atomien tanssi, jotka muodostavat veden ja aallottelevat keskimäärin noilla heilahteluilla ja toimivat ikään kuin pinta oli sileä. ”
Vastoin ristiriitaisia teorioita maailmankaikkeudesta, jossa erilaisia sitä hallitsevia voimia ei voida ratkaista ja niiden on kumottava toisiaan, Wang ja hänen kollegansa esittävät kuvan, jossa maailmankaikkeus on jatkuvasti liikkeessä. Tässä skenaariossa tyhjiöenergian vaikutukset itse asiassa peruutuvat ja aiheuttavat myös laajentumisen ja kiihtymisen, jota olemme havainneet koko tämän ajan.
Vaikka voi olla liian aikaista kertoa, tämä erittäin dynaamisen maailmankaikkeuden kuva (jopa pienimmissä mittakaavoissa) saattaa mullistaa ymmärryksemme avaruuden ajasta. Ainakin nämä teoreettiset havainnot edistävät varmasti keskustelua tiedeyhteisössä ja kokeita, joiden tarkoituksena on tarjota suoraa näyttöä. Ja se, kuten tiedämme, on ainoa tapa edistää ymmärrystämme tästä universumina tunnetusta asiasta.
